【正文】 計成本，使編碼板和核心板可以以后分別應(yīng)用到不同的領(lǐng)域中去，此種設(shè)計方法對于一般性的嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計具有指導(dǎo)性的意義，在這里我們主要介紹 PCI 接口的硬件電路設(shè)計。當(dāng) Master 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束前，將 FRAME設(shè)置為高電平，以說明傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只剩下最后一個，并在傳完數(shù)據(jù)后， RDY設(shè)置為 低電平來把總 線控制權(quán)放開。 圖 312 電源轉(zhuǎn)換電路 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 33 第四章 終端軟件平臺的構(gòu)建 Linux 嵌入式開發(fā)簡介 由于嵌入式單板的資源有限，不可能在單板上運(yùn)行開發(fā)、調(diào)試工具。 在本設(shè)計中使用 Secure CRT。目標(biāo)機(jī)和宿主機(jī)一般采用串口連接，亦可同時通過網(wǎng)口或者 JTAG 連接，如圖 41 所示。本終端的電源模塊為各個模塊提供所其正常工作所需的電壓，電源模設(shè)計主要考慮以下幾個方面：（ 1)對系統(tǒng)所需要的電壓、電流、功率進(jìn)行系統(tǒng)的分析；得到詳細(xì)的功能參數(shù)列表； (2)對系統(tǒng)的輸入電壓、電流要著重考慮，保證輸入正常； (3)輸出電壓和電流的波形是否正常，是否存在電磁兼容性和電 磁干擾等問題，對于這些問題如何消除。 PC Card 控制器，在本設(shè)計中將 3512的 PCI 和 PC Card 控制器設(shè)置為 PCI Host 工作模式，通過設(shè)定 PCI_PCCDM 和PCI_HOSTM 兩個配置引腳的電平的參數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)這種模式。中心控制模塊同時也能夠接收遠(yuǎn)程控制中心的控制指令，并且對指 令內(nèi)容進(jìn)行解析和控制，并且做出相應(yīng)的回應(yīng)。主 要體現(xiàn)在可以在編碼的同時修改分辨率、碼流、幀結(jié)構(gòu)等編碼參數(shù)；在壓縮過程中可強(qiáng)制關(guān)鍵幀輸出、改變幀率、量化系數(shù)、分辨率、碼流、幀結(jié)構(gòu)而無須停止、啟動壓縮編碼；另外， FH8735 支持對輸入視 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 28 頻進(jìn)行去隔行、去噪聲、多個文本和圖形 OSD 疊加、圖像畫面縮小、移動偵測等多種圖像處理功能，還支持抓取無損的原始視頻信號，供 CPU 進(jìn)行一些智能化分析和處理如車牌識別，人臉識別等。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 27 圖 33 FH8735 硬件架構(gòu) FH35 的硬件結(jié)構(gòu)如圖 33 所示，它由 CPU、 HIU、 VIU、 VPU、 AIU、 DDRC、VOU、 FH DMAC、 I2C、 UART、 GPIO、 Timer 等模塊構(gòu)成。 視頻采集模塊中的核心芯片芯片采用 TW2865 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 128 腳， LQFP封裝。這兩個標(biāo)準(zhǔn)目前普遍認(rèn)為是兩個過渡時期的標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用領(lǐng)域和影響范 圍上并沒有很大的突破，因此本終端設(shè)計的時候沒有考慮這兩個標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG2 標(biāo)準(zhǔn)是被歐洲的 DVB、日本的 ISDB、美國的 ASTC 等有線電視領(lǐng)域廣泛采納的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，編碼傳輸速率為 3100Mbps 可變。假設(shè)一路采用 8 比特量化的 15 幀每秒的 CIF(352X288)圖像，在 4:2:2的彩色空間比下，其數(shù)據(jù)量 R=SX15X(352X288)(4+2+2)/4=24330240bit/s。中國國內(nèi)支持國際電信聯(lián)盟確定的三個無線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國電信的 CDMA20OO ，中國聯(lián)通的 WCDMA 和中國移動的TDSCDMA。 （ 2）采用無線布線組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，監(jiān)控負(fù)責(zé)人可以很輕松的將新的需要監(jiān)控的無線監(jiān)控點(diǎn)加入到現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)之中，不需要為新建節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。 由于嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，因此原來在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的 軟件系統(tǒng)越來越難以為繼，因?yàn)橐_(dá)到上述要求，整個系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的 API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。基于上述事實(shí)， Motif 引入了用戶界面語言來解決用戶界面的描述問題。 LynxOS 支持線程概念，提供 256 個全局用戶線程優(yōu)先級；提供一些傳統(tǒng)的、非實(shí)時系統(tǒng)的服務(wù)特征，包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存， 一個基于 Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。其中大部分應(yīng)用程序均為其他廠商和個人所開發(fā)，使 Palm Pilot 的功能得以不斷增多。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實(shí)際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或包括幾百個處理器的超級虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習(xí)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。 本終端中央架構(gòu) 為了節(jié)約開發(fā)時間和最大可能的保障系統(tǒng)對于速度和穩(wěn)定性的要求，本文采用專用的視頻處理芯片來完成視頻數(shù)據(jù)的壓縮和原始數(shù)據(jù)的行為分析。 (2)豐富的可選擇芯片 ARM 公司并不生產(chǎn)自己的芯片，只是開發(fā)有知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)核，并且與全球幾乎所有的半導(dǎo)體廠家都有業(yè)務(wù)往來，許許多多的半導(dǎo)體公司比如說 ST、TI、 NXP、 Samsung、 OKI、 Sharp、 Crystal 等廠家都基于 ARM 內(nèi)核開發(fā)出了自己的具有專業(yè)特色的芯片，在業(yè)界形成了具有不同品牌但是內(nèi)核相同的 ARM 芯 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 15 片。但是這款處理器功耗比較大，一般不適合于對低功耗要求的比較 高的移動設(shè)備的應(yīng)用上，因此本設(shè)計暫時不考慮這款處理器。選擇一款合適的處理器，不但能起到事半功倍的作用，甚至有可能發(fā)揮的效用都是自己意想不到的。圖像界面，靈活的控制方式，這要求使得嵌入式軟件設(shè)計者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上花費(fèi)更多的精力。 這就要求芯片設(shè)計廠商在芯片上集成更多的功能，設(shè)計師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如 32 位、 64 位 RISC 芯片或信號處理器 DSP 增強(qiáng)處理能力，同時增加功能接口，如 USB，擴(kuò)展總線類型，如 CAN BUS，加強(qiáng)對多媒體、圖形等的處理，逐步實(shí)施片上系統(tǒng)（ SOC）的概念。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 10 正是由于網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的諸多優(yōu)勢所在，近幾年網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品得到了廣大用戶和工程商的信賴，駛?cè)肓藨?yīng)用的快車道，在各領(lǐng)域得到了大范圍的推廣應(yīng)用，并在慢慢替代傳統(tǒng)視頻產(chǎn)品，成為市場的主流。 其存在很多明顯的缺點(diǎn)： 1）范圍有限；距離有限，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程管理、訪問； 2）系統(tǒng)增擴(kuò)容難度大，成本高； 3）大量磁帶存儲、人工手動查詢，管理維護(hù)復(fù)雜； 4）無法與其它安防系統(tǒng)有效集成。對無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層所需要的協(xié)議和基本原理進(jìn)行了深入的研究，并且給出了具體的實(shí)現(xiàn)方案，對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。本論文主要完成的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下 : ，介紹了嵌入式視頻監(jiān)控終端整體方案的選擇，在系統(tǒng)硬件架構(gòu)選擇上采用 ARM 與視頻處理芯片相結(jié)合的方式，改變了傳統(tǒng)的單芯片處理數(shù)據(jù)的模式，大大提高了系統(tǒng)的性能。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 題目 ： 基 于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí) 現(xiàn) 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 3 20xx 年 5 月 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 摘要 在微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的巨大推動和整個社會信息化程度提升的特殊背景下，視頻監(jiān)控獲得了極大地關(guān)注和迅猛的發(fā)展。監(jiān)控終端通過 3G 網(wǎng)絡(luò)與后臺控制中心完成數(shù)據(jù)交互，基本適應(yīng)了現(xiàn)代社會對視頻監(jiān)控的基本要求。 FH8735軟件工具開發(fā)包 SDK實(shí)時視頻點(diǎn)播和動態(tài)監(jiān)測等定制化模塊的開發(fā)，在一定程度上彌補(bǔ)了國內(nèi)視頻監(jiān)控終端對動態(tài)監(jiān)測和遮擋報警等重要功能的空白，基本滿足了當(dāng)代社會對嵌入式系統(tǒng)智能化的要求。 其系統(tǒng)特點(diǎn)： 1）視頻信號的采集、傳輸、存儲均為模擬形式；質(zhì)量高； 2）經(jīng)過幾十年的發(fā)展，相應(yīng)技術(shù)成熟。 其系統(tǒng)特點(diǎn)： 1）堆疊式的結(jié)構(gòu)，高度的靈活性、可擴(kuò)性，支持任意網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)； 2）更加經(jīng)濟(jì)高效的基礎(chǔ)架構(gòu)，簡化了管理層次，節(jié)省了大量線材； 3）安裝維護(hù)便捷、解決方案多樣； 4）視頻的無損交換、復(fù)制與存儲，無距離限制，網(wǎng)達(dá)即達(dá)； 5）充分利用已有成熟 TCP／ IP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，接入方式多樣； 6）便于和現(xiàn)有應(yīng)用和新建應(yīng)用的有效集成； 實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一。 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。 提供友好的多媒體人機(jī)界面 嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。本文所設(shè)計的嵌入式視頻監(jiān)控終端以及所涉及的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖 21 所示： 圖 21 視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本框 架 嵌入式視頻監(jiān)控終端 傳輸網(wǎng)絡(luò) 后臺控制中心 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 13 硬件整體架構(gòu)的選擇 嵌入式微處理器是嵌入式視頻監(jiān)控終端的 CPU，它的性能的好壞直接關(guān)系到本系統(tǒng)整體的性能，是硬件選擇中最重要的一部分。 （ 3） Power PC 處理器 由 IBM、 Apple 和 Motorola 公司開發(fā)的 Power Pc 處理器也是位處理器領(lǐng)域極具代表性的芯片之一，并且其架構(gòu)具有可伸縮性好，方便靈活的優(yōu)勢，在許多對性能要求很高的場合發(fā)揮了其獨(dú)特的優(yōu)勢。同時 ARM 芯片的價格也是非常的低，甚至有的也就十幾元，這在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域無疑能夠極大地降低成本，因此成就了很多的低中端用戶。同時由于本系統(tǒng)是專門針對視頻監(jiān)控而設(shè)計，視頻圖像處理需要很大的計算量，因此對處理器的計算性能提出了更高的要求，用單純的 ARM 處理器進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的處理顯然不能滿足本方案的設(shè)計要求。 VxWorks 擁有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及良好的用戶開發(fā)環(huán)境，在實(shí)時操作系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)一席之地。所有其他操作系統(tǒng)服務(wù)都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此 QNX 內(nèi)核非常小巧 (QNX4． x 大約為 12KB)，而且運(yùn)行速度極快。 目前共有 3500 多個應(yīng)用程序可以運(yùn)行在 Palm Pilot 上。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 18 (5) LynxOS Lynx Realtime Systems 的 LynxOS 是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時操作系統(tǒng) ,它遵循 ， 和 標(biāo)準(zhǔn)。比如說菜單項(xiàng)位置的變動、標(biāo)圖的更換就都不會影響應(yīng)用程序的功能。它專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。在這些地方采用無線傳輸方案，不用進(jìn)行復(fù)雜的布線工程，可以擺脫布線等傳統(tǒng)有線傳輸帶來的束縛。 目前主流的 3G 國際標(biāo)準(zhǔn)主有四個， 它們分別是 WCDMA， CDMA20xx，TDSCDMA 和 WIMAX。 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的選擇 本文所設(shè)計的視頻監(jiān)控終端主要針對于視頻監(jiān)控，而原始視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是非常大的。 MPEG1 視頻部分是其編碼標(biāo)準(zhǔn)的核心，在理論上非常的成熟， 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 22 但是在實(shí)際應(yīng)用過程中會出現(xiàn)諸如噪聲等難以 客服的問題，很難應(yīng)用在本為所涉及的網(wǎng)絡(luò)視頻的運(yùn)用上，因此在本文設(shè)計中最先淘汰的是這個標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)等同于 MPEG2，而 被公認(rèn)為以像素為基礎(chǔ)的第一代混合編碼技術(shù)方案所能達(dá)到的作家效果。攝像頭主要負(fù)責(zé)采集模擬數(shù)據(jù)的采集，云臺接收中央處理器模塊發(fā)出的云臺控制指令，并由云臺解碼器依據(jù) 接收的云臺控制指令實(shí)現(xiàn)鏡頭的上下、左右、自動等機(jī)械運(yùn)動。 FH8735 可以接收來自 CMOS/CCD 模組 , 視頻解碼器， LVDS 接收器以及 HDMI 接收器等輸出的數(shù)字視頻，在本文中 FH8735 視頻接收方式為直接接收 TW2865 輸出的增強(qiáng) 視頻。 為了滿足數(shù)字視頻監(jiān)控的智能化需求， FH8735 提供了靈活的視頻編碼選項(xiàng)和專門的數(shù)字視頻處理功能。中心控制模塊將通過 PCI 總線從 DSP模塊接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并按照嵌入式終端的通信協(xié)議對接收到得數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議封裝，交由傳輸模塊發(fā)送到后端監(jiān)控中心。 SL3512 內(nèi)部集成了 PCI（ MINIPCI） amp。 圖 310 8735 PCI 電路連接示意圖 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 31 圖 311 3512 PCI 電路連接示意圖 電源模塊 電源是嵌入式視頻監(jiān)控終端設(shè)計中的重要組成部分，一個優(yōu)秀的電源模塊對可靠性和穩(wěn)定性要求是非常高的。在本終端的設(shè)計中采用傳統(tǒng)的交叉編譯調(diào)試的方式進(jìn)行，即“宿主機(jī)＋目標(biāo)機(jī)（評估板）”